角速度测量装置以及相对角速度测量装置的制作方法

本发明涉及一种高精度地对齿轮的转速进行测量的角速度测量装置以及相对角速度测量装置。

背景技术：

齿轮的转速通过适当地选择利用回转式编码器的方式、或利用光遮断器的方式、或利用磁传感器的方式等各种测量方式而被测量。

在对被安装于车辆等实际设备上的齿轮的转速进行测量的情况下，在回转式编码器的测量方式中，需要将回转式编码器直接设置在旋转轴上，从而设置空间会受到限制。此外，在实际设备的情况下，在被测量对象进行旋转的结构上以能够进行测量的方式设置回转式编码器这本身是较为困难的。在光遮断器的测量方式中，需要确保光路，此外，由于因环境而产生的影响较大从而设置部位将会受到限制。在磁传感器的测量方式中，由于利用回转式编码器或光遮断器的测量方式的问题不大，因此适用于所安装的齿轮的转速的测量。

由于在这种转速的测量方式中采用了如下结构，即，取得传感器信号是否超过固定的阈值的0/1信号，并且通过对该0/1信号进行计数而计算出转速，因此，无法以较高的分辨率来掌握所取得的传感器信号间的速度变化。

因此，在日本专利第3016656中公开了如下的角速度测量装置，即，在磁传感器的测量方式中，通过利用正弦波形的传感器信号，从而实现了能够以高分辨率进行测量并以较高精度而取得齿轮的转速，由此能够高精度地掌握齿轮的啮合齿的旋转位置。

技术实现要素：

该日本专利第3016656所记载的角速度测量装置中，在采用具有正弦波形的齿面的齿轮的情况下，取得没有噪声的正弦波形的传感器信号的输出波形，并根据该输出波形(正弦波形)的相位波形而实现了转速的变动的高精度的计算。

然而，在日本专利第3016656所记载的角速度测量装置中，从磁传感器输出与被测量对象的齿轮的齿面形状相对应的传感器信号。因此，在被测量对象为并非准确的正弦波形的齿面形状的齿轮的情况下，会输出包含与该齿面形状相对应的噪声、具体而言包含高次谐波成分的传感器信号，从而高精度地对转速的变动进行计算较为困难。于是，无法高精度地对被安装且相互啮合的齿轮的相对的角速度进行测量，例如，高精度地取得齿轮的齿面彼此的接触或分离以减少齿轮撞击声等的调节会变得困难。

另外，如下文叙述，这种问题即使在利用光遮断器的测量方式的角速度测量装置中，在采用不具有准确的正弦波形的齿面形状的齿轮的情况下，也同样地会发生。

本发明提供一种即使在具有正弦波形的齿面的齿轮以外的情况下，也能够高精度地取得角速度的变动的角速度测量装置以及相对角速度测量装置。

本发明的一个方式为对被固定于旋转轴上的齿轮的角速度进行测量的角速度测量装置，所述角速度测量装置包括：第一非接触传感器以及第二非接触传感器，所述第一非接触传感器及所述第二非接触传感器为一对，并被配置在与所述齿轮的齿面相对置的位置处，并且被构成为以非接触的方式对该齿面的形状进行检测；运算部，其被构成为，生成对所述第一非接触传感器以及所述第二非接触传感器的各自的输出检测信号进行合成而得的相位的波形，并将输出波形输出，且根据所述输出波形而对所述齿轮的角速度进行计算，其中，所述第一非接触传感器以及所述第二非接触传感器被配置为，在将所述齿轮的圆周方向的齿面形状中的一个周期设为一个齿距时，利用自然数n，而使所述输出检测信号相对性地以{(n－1)+(1/6)}齿距的量而错开。

根据这种本发明的一个方式，第一非接触传感器以及第二非接触传感器被配置为，成为与该齿轮的齿面形状相对应的输出波形的输出检测信号相对性地以被测量对象的齿轮的齿面形状的{(n－1)+(1/6)}齿距的量而错开。即，第一非接触传感器以及第二非接触传感器被配置在，从各自的输出检测信号重叠的位置相对性地以该输出信号波形的相位波形中的(π/3)相位的量而错开了的位置处。因此，与随着该齿轮的齿面的旋转而产生的所述齿轮的向圆周方向的变动相对应的相位波形的输出检测信号在相对性地以(π/3)相位的量而错开的状态下被重叠并合成。

此时，在来自第一非接触传感器以及第二非接触传感器的输出检测信号中，包含因被测量对象的齿轮的齿面形状为与正弦波形类似的形状而产生的三次的高次谐波成分等噪声。特别是，虽然三次的高次谐波成分的噪声会对角速度的测量精度造成影响，但是通过使各自的输出检测信号以(π/3)相位的量而错开并合成，从而能够减小三次的高次谐波成分的噪声强度，进而形成高品质的大致正弦波形的相位波形的合成输出波形并输出。

因此，即使在被测量对象的齿轮被形成为不是正弦波形的齿面形状的情况下，也能够通过解析将对该齿面形状进行检测的输出检测信号合成而得的大致正弦波形的输出波形，从而高分辨率且高精度地对该齿轮的转速进行计算，由此能够容易地掌握该齿轮的高精度的转速的变动。其结果为，能够提供一种即使对于具有正弦波形的齿面的齿轮以外的情况也能够高精度地取得角速度的变动的角速度测量装置。

在本发明的方式中，也可以采用如下方式，即，所述齿轮由渐开线齿轮构成。

在本发明的方式中，也可以采用如下方式，即，所述第一非接触传感器以及所述第二非接触传感器由磁传感器构成。

在本发明的方式中，也可以采用如下方式，即，所述磁传感器由涡流传感器构成，所述第一非接触传感器和所述第二非接触传感器分别以不同的振荡频率而进行工作。

在本发明的方式中，也可以采用如下方式，即，所述第一非接触传感器以及所述第二非接触传感器被配置于，在该齿轮的圆周方向上相对性地错开了的位置处。

在本发明的方式中，也可以采用如下方式，即，所述第一非接触传感器以及所述第二非接触传感器被配置于在所述齿轮的齿宽方向上错开了的位置处。

在本发明的方式中，也可以采用如下方式，即，所述第一非接触传感器以及所述第二非接触传感器在所述齿轮为斜齿轮的情况下，被配置于在所述齿轮的齿宽方向上错开了的位置处，并且被配置于与所述旋转轴的轴线方向平行的直线上。

此外，提供一种相对角速度测量装置，其具备至少两组本发明的方式的角速度测量装置，所述相对角速度测量装置可以具备相对角速度运算部，所述相对角速度运算部被构成为，分别对通过所述角速度测量装置中的每一组而被测量出的相互啮合的一对所述齿轮的角速度进行测量，并对该齿轮之间的相对性的角速度进行计算。因此，能够构筑取得相互啮合的齿轮彼此的相对性的角速度的相对角速度测量装置，例如，能够有效且容易地抑制随着相互啮合的齿接触或分离而产生的齿轮撞击声等。

附图说明

本发明的代表性实施例的特征、优点、技术与工业意义将被描绘至如下的附图中以供参考，其中相同数字表示相同要素。

图1为表示与本发明的角速度测量装置相关的一个实施方式的图，且为表示角速度测量装置的概要整体结构的示意图。

图2为表示角速度测量装置的运算部的结构的框图。

图3a为对角速度测量装置的一个磁传感器的结构进行说明的图，且为对磁传感器的相对于齿轮的配置进行说明的布局图。

图3b为对磁传感器的传感器输出进行说明的曲线图。

图4a为对角速度测量装置的一对磁传感器的结构进行说明的图，且为对一对磁传感器相对于齿轮的配置进行说明的布局图。

图4b为对一对磁传感器的传感器输出进行说明的曲线图。

图5a为表示角速度测量装置的一方的基准位置的磁传感器的输出波形模型的曲线图。

图5b为表示角速度测量装置的另一方的偏置位置的磁传感器的输出波形模型的曲线图。

图5c为表示对各个传感器信号进行合成时的输出波形的曲线图。

图6a为表示与磁传感器的传感器信号重叠的高次谐波成分的曲线图。

图6b为表示磁传感器的传感器信号的解析结果的曲线图。

图7a为表示与一对磁传感器的传感器信号的合成前的传感器信号重叠的高次谐波成分的曲线图。

图7b为表示与一对磁传感器的传感器信号的合成后的传感器信号重叠的高次谐波成分的曲线图。

图8a为表示角速度测量装置的磁传感器的传感器信号的解析结果的一个示例的图，且为表示随着在相互啮合并旋转的一对齿轮的旋转方向上所产生的变动而导致的松动引起的震动和噪声的时间点的曲线图。

图8b为表示角速度测量装置的磁传感器的传感器信号的解析结果的一个示例的图，且为表示在齿轮旋转时产生齿轮撞击之际的旋转转矩的曲线图。

图9为对角速度测量装置的磁传感器的传感器信号的解析处理进行说明的功能框图。

图10为对角速度测量装置的磁传感器的传感器信号的解析处理进行说明的与图9不同的功能框图。

图11为对角速度测量装置的磁传感器的传感器信号的解析处理进行说明的与图9以及图10不同的功能框图。

图12为对角速度测量装置的磁传感器的传感器信号的解析处理进行说明的波形图。

图13为对根据角速度测量装置的磁传感器的传感器信号的解析结果而求取齿轮的转速的处理进行说明的波形图。

图14为表示具备两组角速度测量装置的相对角速度测量装置的一个实施方式的图，且为表示其概要整体结构的示意图。

图15a为对角速度测量装置的其他的第一方式进行说明的图，且为从正齿轮的轴向观察时的磁传感器的布局图。

图15b为其他的第一方式中的磁传感器相对于正齿轮的齿面的布局图。

图15c为磁传感器相对于正齿轮的齿面的布局图，且为与图15b不同的布局图。

图16a为对角速度测量装置的其他的第二方式进行说明的图，且为从斜齿轮的轴向观察时的磁传感器的布局图。

图16b为磁传感器相对于斜齿轮的齿面的布局图。

图17为对角速度测量装置的其他的第三方式进行说明的图，且为表示其概要整体结构的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1～图13为表示本发明所涉及的角速度测量装置的一个实施方式的图。

在图1中，角速度测量装置10例如被搭载于车辆上，并且将组装在对来自内燃机等的动力源的动力进行传递的变速器或差动装置等的动力传递机构上的齿轮100作为被测量对象而进行设置。另外，该角速度测量装置10可以以能够恒定使用的方式而安装在车辆等实际设备上，或者，也能够在配置调节时临时性地设置并使用。

在此，齿轮100具有：在轴心处固定有旋转轴101的圆盘状或者圆柱状或者圆锥状的主体部110、在该主体部110的外周面上以围绕旋转轴101的圆周方向而连续的方式被配置的多个啮合齿111，且被形成为，与该旋转轴101一体旋转。该齿轮100通过旋转轴101或者啮合齿111来承受从车辆的动力源传递过来的动力，并以向正反方向的双向或者向其中的任意一个方向进行旋转的方式而旋转自如地被支承在车辆侧。

该齿轮100为以如下方式形成的渐开线齿轮，即，以与另一个齿轮100之间能够传递动力的方式而使相互的啮合齿111啮合而使齿面112之间被压接(参照后述的图14)，并且该齿面112的与轴线方向正交的截面的外表面形状、即齿面形状成为渐开曲线。

角速度测量装置10被构筑为，具备：一对磁传感器11、12；分别与该磁传感器11、12连接的放大器13、14；以分别能够输入该放大器13、14的各自的输出的方式而与放大器13、14连接的运算部15。

磁传感器11、12分别被设置在以非接触的方式与齿轮100的啮合齿111的齿面112对置的对置位置处。磁传感器11、12由传感器信号(输出检测信号)的输出根据该齿面112的齿面形状而发生变化的涡流传感器(所谓的涡流式位移计)构成。即，磁传感器11、12构成以非接触方式对齿轮100的齿面形状进行检测的一对第一非接触传感器及第二非接触传感器，并对随着该齿轮100的旋转而产生的齿面形状向圆周方向的变动进行检测。

另外，由于该涡流传感器的磁传感器11、12如后述那样被设置在相互接近的位置处，因此选择并设置分别以不同的振荡频率而进行工作的类型，以避免发生干涉而产生噪声成分。由于该磁传感器11、12如后述那样使被输出的传感器信号重叠并合成，因此使输出特性设为相等，并且被设置在距被测量对象的齿轮100的隔离间隔相等的位置处。此外，该磁传感器11、12并不局限于涡流传感器，也可以选择并设置磁阻传感器、或者电磁拾音器传感器等的磁传感器。

放大器13、14对磁传感器11、12的传感器信号的输出以能够进行后续处理的方式而放大。

如图2所示，运算部15被构筑为，使中央处理单元(cpu)151、存储器152、模拟/数字转换器(a/d转换器)153、输出界面154以能够互换各种信息信号的方式经由总线159而被连接在一起。该运算部15经由放大器13、14、a/d转换器153而取得被设为能够进行运算处理的磁传感器11、12的传感器信号，并且通过cpu151按照被预先存储在存储器152内的运算程序并基于各种参数等而进行运算处理，从而作为后述的相位生成部21和角速度运算部23等而发挥功能并计算出所需的运算结果。

该角速度测量装置10的磁传感器11、12如后述那样被偏置配置于在旋转轴101的旋转方向上相对性地错开了的移位位置处，以使得作为传递给运算部15的传感器信号，由该运算部15对该传感器信号进行合成并设为高次谐波成分等噪声的重叠较少的正弦波形而输出。

具体而言，如图3a所示，磁传感器11、12分别非接触地面对齿轮100的啮合齿111的齿面112，并且通过对其进行旋转的齿面形状(向圆周方向的变动)以进行跟踪的方式进行检测，从而如图3b所示，分别输出与正弦波形类似的相位波形(信号波形)的传感器信号。

如图4a所示，在将齿轮100的啮合齿111的齿面112的于圆周方向上旋转的齿面形状中的一个周期设为一个齿距时，该磁传感器11、12被设置在于该齿轮100的圆周方向上相对性地以1/6齿距的量而错开了的移位位置处。换言之，磁传感器11、12被设置在，在其相位波形中以π/3相位的量而在旋转轴101的旋转圆周方向上相对性地错开了的移位位置处。如图4b所示，对以此方式被布局的磁传感器11、12的传感器信号进行合成而得的输出波形，以在其旋转圆周方向上以π/3相位的量而错开的方式被合成。

由此，图5a所示的基准位置的磁传感器11的传感器信号的输出波形模型和图5b所示的1/6齿距(π/3相位)的移位位置的磁传感器12的传感器信号的输出波形模型被合成，从而作为图5c所示的高精度的大致正弦波形的合成波形而被输出。

并且，由于被测量对象的齿轮100的啮合齿111的齿面112被形成为渐开曲线的齿面形状，因此如上文所述，该磁传感器11、12的各自的传感器信号作为类似于正弦波的波形而被取得。然而，由于该传感器信号成为与包括齿轮100的啮合齿111的齿面112在内的圆周方向外周面的齿面形状相对应的波形，因此受到其齿尖、齿根、齿根间的平坦部的形状的影响，而如图6a所示，重叠有三次的高次谐波成分。

因此，即使对该磁传感器11、12的传感器信号的各自而实施后述的运算处理并进行解析，如图6b所示，也会成为因其变形而引起的噪声成分显著化的波形数据，从而角度分辨率下降。于是，随着齿轮100的啮合齿111的齿面112的旋转而产生的向圆周方向的变动将会被埋没在噪声中，例如，无法掌握会在哪个时间点变动至会产生齿轮撞击现象的程度。对于该课题，虽然能够通过对该波形数据进行滤波处理而降低表面上的噪声成分，但是在转速发生变化的情况下需要进行与该转速同步的滤波设定从而解析处理会变得复杂，并且过渡性的现象也会在滤波中被去除，从而在精度方面出现问题。

与此相对，如本实施方式所示，在被布局于在旋转圆周方向上相对性地以1/6齿距的量、即、π/3相位的量而错开了的移位位置处的磁传感器11、12中，通过使该传感器信号重合并合成，从而能够消除重叠在了图7a所示的相位数据中的三次的高次谐波成分(噪声)。由此，如图7b所示，在磁传感器11、12的合成波形中，能够使该三次的高次谐波成分的振幅强度大幅度地降低。

因此，角速度测量装置10通过对磁传感器11、12这两个传感器信号进行合成，并实施后述的运算处理且进行解析，从而能够实现较高的角度分辨率下的齿轮100的角速度的测量。例如，如图8a所示，能够使随着齿轮100的啮合齿111的齿面112的旋转而引起的向圆周方向的变动显著化从而提取松动引起的震动和噪声，进而能够掌握在图8b所示的转矩反转时产生齿轮撞击现象的时间点处齿轮100的旋转发生变动的情况。

详细而言，返回至图1，角速度测量装置10的运算部15如上文所述，通过经由放大器13、14而接收磁传感器11、12的传感器信号并进行合成，从而消除三次的高次谐波成分，并且，运算部15具备相位生成部21和角速度运算部23，所述相位生成部21根据与齿轮100的齿面形状相对应的相位波形而生成并输出大致正弦波形的合成波形，角速度运算部23对该相位生成部21的输出波形进行解析并对齿轮100的角速度进行计算。

角速度运算部23由解析信号运算单元32、角度运算单元33以及角速度运算单元34构成，其中，解析信号运算单元32通过对相位生成部21的输出进行处理从而对互为希尔伯特(hilbert)变换对的实部解析信号和虚部解析信号进行计算，该角度运算单元33基于通过解析信号运算单元32而计算出的实部解析信号与虚部解析信号之比而对由实部解析信号和虚部解析信号形成的角度进行计算，该角速度运算单元34对由该角度运算单元33计算出的角度的时间微分值进行运算从而对角速度进行计算。

如图9所示，解析信号运算单元32由傅里叶变换单元321、单边频谱运算单元322以及傅里叶逆变换单元323构成，其中，所述傅里叶变换单元321对相位生成部21的输出进行复数形式傅里叶变换并对实频成分和虚频成分进行计算，所述单边频谱运算单元322将由该傅里叶变换单元321计算出的实频成分以及虚频成分中的负的频率区域设为零并将正的频率区域的值设为二倍而对单边实频成分以及单边虚频成分进行计算，所述傅里叶逆变换单元323通过对由单边频谱运算单元322计算出的单边实频成分以及单边虚频成分进行傅里叶逆变换从而输出形成希尔伯特变换对的实部解析信号和虚部解析信号。

此外，如图10所示，解析信号运算单元32由实有限脉冲响应运算单元324和虚有限脉冲响应运算单元325构成，其中，所述实有限脉冲响应运算单元324对相位生成部21的输出与实有限脉冲响应滤波器的卷积进行运算并输出实部解析信号，所述虚有限脉冲响应运算单元325对相位生成部21的输出与虚有限脉冲响应滤波的卷积进行计算并输出虚部解析信号。

由此，通过对从相位生成部21输出的合成波形的正弦波状信号进行解析处理，从而能够得到相互正交的两个解析信号。由于在将该相互正交的两个解析信号视为传感器输出信号的假想矢量的实轴成分以及虚轴成分的情况下该假想矢量相对于实轴而成的角度与被测量对象的位移成比例，因此能够通过对该角度在时间上进行微分从而对被测量对象的角速度进行测量。

并且，如上文所述，相位生成部21所输出的磁传感器11、12的合成波形，作为每当齿轮100的一个啮合齿111从对置位置通过时被诱发的一个循环的正弦波状的电压波形而被角速度运算部23取得。因此，角速度运算部23能够取得与齿轮100的各个转速成比例的正弦波状的输出波形，例如，将该输出波形的频率作为齿轮100的旋转频率而取得，并且，能够根据该输出波形而取得齿轮100的特定的瞬间的转速。

该运算部15的图2所示的cpu151通过按照存储器152内的运算程序而以预定的采样周期来取得磁传感器11、12的传感器信号并执行后述的解析处理，从而对齿轮100的角速度进行计算。另外，用于执行该解析处理的采样周期与作为磁传感器11、12的合成波形的正弦波的一个周期相比而足够短，例如，一般设定为十分之一左右。以这种方式而被运算部15取得的磁传感器11、12的合成波形在被放大并进行了a/d转换之后，实施图11的功能框图所示的信号处理。

详细而言，图12为分别通过角速度测量装置10a、10b而被处理的各部的波形图，横轴表示时间，纵轴表示各波形的振幅。作为相位生成部21的输出而得到图12的s(t)所示的正弦波状的信号。即，若将齿轮100的旋转角设为θ，则以下式(1)的方式来表示。

s(t)＝sin(θ/z)……(1)

在此，设为振幅被标准化为1。

该模拟信号s(t)被发送至各运算部15并被实施a/d转换从而被实施数字信号化处理。即，以时间间隔t而被采样的n个信号s(nt)(0≤n≤n-1)被导入图11所示的傅里叶变换部421，并基于下式(2)～(4)而得到实部为gr、虚部为gi的复数频谱g。

g(k)＝gr(k)+jgi(k)……(2)

在此，n表示在解析中所使用的采样数，正的整数(称为观察窗口长度(observationwindowlength))n表示采样编号，0≤n≤n－1的正的整数k表示每隔δf而被离散化的频率的编号。

即，(2πnk/n)表示被离散化的旋转角度。

该复数频谱被导入图11所示的单边频谱运算部422，并针对每个实部gr、虚部gi而执行以下的处理。

(1)将负频率区域的频谱设为零。

(2)将正频率区域的频谱设为二倍。

将通过该处理而被输出的单边频谱的实部设为gr*，将虚部设为gi*。

若通过图11所示的傅里叶逆变换部423而对单边频谱的实部gr*以及虚部gi*进行傅里叶逆变换，则得到图12所示的相位生成部21的输出s的相互正交的解析信号的实部sr以及虚部si。信号处理的领域内，这两个解析信号的实部sr以及虚部si被称为互为希尔伯特变换对。

图12中示出了两个解析信号的实部sr以及虚部si的波形。若将该解析信号的实部sr以及虚部si表示在复数平面内，则会得到由下式(5)表示的一个假想矢量v。

v＝sr+j×si……(5)

并且，该假想矢量v与假想的实轴所成的角度为θ，并且与齿轮100的旋转角度成比例。即，在图11所示的角度运算部43中，执行下式(6)的运算从而得到图12所示的信号。

θ＝arctan(si/sr)……(6)

由于在将齿轮100的啮合齿111的齿数设为z时，实际的角度成为(θ/z)，因此通过由图11所示的角速度运算部44而对其进行时间微分，从而计算出图12所示的齿轮100的角速度ω。

ω＝(1/z)×(dθ/dt)……(7)

另外，若将该角速度ω的最小检测精度设为δω，则下式(8)成立。

δω＝min(2πf)＝2πδf＝2π(zf/n)……(8)

因此，在运算部15中，能够通过适当地对齿轮100的啮合齿111的齿数z、信号处理的采样频率f以及分析窗口长度n进行选择从而确定检测精度。虽然运算部15中的傅里叶变换、单边频谱运算以及傅里叶逆变换处理为频率区域内的处理，但是等效的处理也能够以时间区域来实施。

即，若将相位生成部21的输出信号设为s(n)、将实有限脉冲滤波器的脉冲响应设为hr(n)、将虚有限脉冲滤波器的脉冲响应设为hi(n)、n表示为采样时刻，则解析信号的实部sr以及虚部si能够按照下式(9)、(10)进行计算。

sr＝s(n)*hr(n)……(9)

si＝s(n)*hi(n)……(10)

在此，“*”表示卷积(卷积运算)。

另外，若对全带通滤波器(wholebandpassfilter)的传递函数进行单边频谱化并进行复数形式傅里叶逆变换，则能够作为实部而获得实有限脉冲滤波hr(n)，且作为虚部而获得虚有限脉冲滤波hi(n)。图13c为在转速的检测方法的说明图中通过运算部15而得到的速度信号，例如，即使在时刻t0与时刻t1之间，也能够连续地获得速度信号，从而能够提升检测精度。

如此，在本实施方式的角速度测量装置10中，通过使对齿轮100的齿面形状进行检测的磁传感器11、12配置于在旋转圆周方向上相对性地以1/6齿距的量、即π/3相位的量而错开了的移位位置处，从而能够在设为将在这些传感器信号中所含的三次的高次谐波成分消除了的大致正弦波形的合成波形的基础之上，进行解析运算。

由此，在角速度测量装置10中，能够以高分辨率且高精度而对齿轮100的啮合齿111的角速度进行计算，例如，如图8b所示，能够将产生了齿轮撞击现象的齿轮100的转速的变动作为高品质且能够容易掌握的解析波形而输出。

因此，能够向搭载有角速度测量装置10的车辆的控制装置提供所测量到的齿轮100的较高分辨率的旋转角速度信息等，并且能够在各种控制处理中有效利用。

接下来，图14表示具备两组本发明所涉及的角速度测量装置的相对角速度测量装置的一个实施方式的图。

在图14中，相对角速度测量装置50例如被搭载于车辆上，并且被设置为，将被组装在对来自内燃机等的动力源的动力进行传递的变速器或差动装置等的动力传递机构中且相互啮合并进行旋转的两个齿轮100a、100b作为被测量对象。该相对角速度测量装置50被构筑为，以能够分别对每个该齿轮100a、100b的角速度进行测量的方式被设置的上述实施方式的两组角速度测量装置10a、10b上连接有相对角度运算部25。相对角度运算部25利用从角速度测量装置10a、10b接收的角速度信息而提取齿轮100a、100b的相对性的角速度的变动，从而能够对这两个齿轮100a、100b的动力传递时的啮合振动等进行计测。

在此，在齿轮100a、100b中，于被固定在旋转轴101a、101b上的主体部110a、110b的圆周方向上连续的多个啮合齿111a、111b被相互啮合在一起。通过使这些啮合齿111a、111b中的一方利用从车辆的动力源传递来的动力而进行有源旋转，并使与该一方相啮合的另一方进行从动旋转，从而对该动力进行传递。

角速度测量装置10a、10b被配置在如下位置，即，两组磁传感器11a、12a和磁传感器11b、12b分别与被测量对象的齿轮100a、100b的各自的啮合齿111a、111b的齿面112a、112b非接触地面对的位置处。该磁传感器11a、12a上经由放大器13a、14a而连接有运算部15a，此外，磁传感器11b、12b上经由放大器13b、14b而连接有运算部15b。

运算部15a、15b具备相位生成部21a、21b和角速度运算部23a、23b，其中，所述相位生成部21a、21b分别从磁传感器11a、12a或磁传感器11b、12b接受传感器信号并且生成并输出从与齿轮100a、100b的齿面形状相对应的相位波形中消除了三次的高次谐波成分的大致正弦波形的合成波形，所述角速度运算部23a、23b针对每个相位生成部21a、21b而对与齿轮100a、100b的齿面形状相对应的输出波形进行解析，并对每个齿轮100a、100b的角速度进行计算。

虽然省略图示，但是这些角速度运算部23a、23b分别与上述实施方式同样地，由解析信号运算单元32、角度运算单元33以及角速度运算单元34构成。其中的解析信号运算单元32由傅里叶变换单元321、单边频谱运算单元322以及傅里叶逆变换单元323构成，此外，还由实有限脉冲响应运算单元324和虚有限脉冲响应运算单元325构成。

并且，角速度测量装置10a、10b与上述实施方式同样地，角速度运算部23a、23b取得与从相位生成部21a、21b输出的每个齿轮100a、100b的转速成比例的正弦波状的电压波形(合成输出波形)，并对该齿轮100a、100b的旋转频率或特定时间点的转速进行计算。

此时，与上述实施方式同样地，运算部15a、15b的各自的图2所示的cpu151按照存储器152内的运算程序而以预定的采样周期来取得相位生成部21a、21b的合成输出波形，并执行通过图11的功能框图所示的信号处理来实现的解析处理。由此，计算出每个齿轮100a、100b的角速度，进一步计算出该齿轮100a、100b的相对的角速度。

并且，一对齿轮100a、100b适合于如下状况，即，为了实现从动力源传递来的动力无损失的授受，通过使处于相互啮合的状态的啮合齿111a、111b的齿面112a、112b间的间隙、即所谓的齿隙最优化的配置，从而实现了顺畅且不勉强的旋转。当齿隙过小时，会产生在齿面112a、112b彼此相互压接的状态下相互摩擦等干涉，并且，会因间隙不足而导致润滑油不充分从而摩擦变大。相反，当齿隙过大时，会在传递转矩的变动时等产生反作用或反弹(这也称为反冲)，从而产生齿面112a、112b相互冲撞等干涉，从而在该冲撞时会产生齿轮撞击声。于是，当齿隙的最优化不充分时，会发生振动或异响的产生、因干涉而导致的动力的传递损失、甚至会招致齿轮100a、100b的破损等问题。

因此，被组装在于车辆上所搭载的变速器或差动装置等的动力传递机构中的齿轮100a、100b，以极力抑制因不适当的齿隙而引起的齿轮撞击等的产生的方式进行配置是有效的。因此，在相对角速度测量装置50中，实现了通过两组角速度测量装置10a、10b来对s/n比优良的传感器信号进行解析处理并分别以高分辨率且高精度而对每个该齿轮100a、100b的角速度进行测量的情况。除此之外，在相对角速度测量装置50中，相对角度运算部25能够利用该齿轮100a、100b的高品质的角速度信息，而提取并掌握相对的角速度的变化。

具体而言，相对角速度测量装置50的相对角度运算部25能够利用两组角速度测量装置10a、10b所输出的每个齿轮100a、100b的角速度信息，而对齿轮100a、100b是否以能够以最优的齿隙而对动力进行传递的状态被配置进行辨别。

相对角度运算部25与角速度运算部23a、23b同样地，通过cpu和存储器等并独立于运算部15a、15b而构成，或者与运算部15a、15b中的任意一方一起构筑。该相对角度运算部25通过由cpu按照预先存储在存储器内的运算程序并基于各种参数等来进行运算处理，从而计算出每个齿轮100a、100b的较高的角度分辨率的角速度或相对角速度并显示输出在显示部27等上，从而实现该齿轮100a、100b的容易的配置。

例如，相对角度运算部25具备液晶画面以作为显示部27，并且将每个齿轮100a、100b的角速度的固定期间内的变化以平均值的方式进行数值化并显示输出，或者将该变化以波形的形式显示输出。此外，相对角度运算部25将每个齿轮100a、100b的角速度的差分作为相对角速度，并将固定期间内的变化以平均值的方式进行数值化且显示输出，或者将该变化以波形的形式显示输出。并且，相对角度运算部25不仅可以设为能够根据每个该齿轮100a、100b的角速度的差分(相对角速度)平均值的数值显示或该差分变化的波形显示而对动力传递时的啮合振动或齿轮撞击产生时间点等进行目视确认，还可以设为通过与阈值进行比较而判断出是否为合适齿隙并进行显示输出。

由此，作业者能够通过对显示部27进行确认从而容易地掌握齿轮100a、100b的配置状态，并且能够对该配置状态进行微调等。

在此，在齿轮100a、100b的齿数不同的情况下，只要能够通过在转换成了相当于每一个啮合的圆周速度的基础上求取差分值，从而取得相对的滞后角或提前角并高精度地掌握齿轮撞击动态等即可。

另外，相对角度运算部25不仅具备显示部27而能够显示输出，例如，也可以以能够向外部设备输出的方式而具备连接终端，并使该外部设备实施解析等。

如此，在本实施方式的相对角速度测量装置50中，除了通过上述实施方式所实现的作用效果之外，还能够利用由上述实施方式的两组角速度测量装置10a、10b所测量的每个齿轮100a、100b的角速度而取得相对角速度。由此，例如，能够根据该角速度的差分值而容易地掌握在动力传递时的啮合振动的大小或齿轮撞击产生的有无等，从而容易地实施对齿轮100a、100b的齿轮撞击声的产生进行有效抑制的配置作业等。

在此，作为上述实施方式的第一其他方式，如图15a以及图15b所示，虽然在上述实施方式中磁传感器11、12以在与齿轮100的啮合齿111的齿面112接近的非接触面相位置处在圆周方向上连续的方式而设置，但并不局限于此。例如，在齿轮100的啮合齿111为在与旋转轴101的轴线方向x平行的方向上延长的形状的正齿轮的情况下，如图15b所示，由于该齿轮100较小，因此磁传感器11、12有时无法设置在与旋转轴101的轴线方向正交且在圆周方向c上连续的相邻位置处。在该情况下，如图15c所示，可以将磁传感器11、12配置在于该齿轮100的齿宽方向w上错开了的移位位置处。在该情况下，也能够取得与上述实施方式同样的作用效果。

此外，作为上述实施方式的第二其他方式，如图16a以及图16b所示，例如，在采用齿轮100的啮合齿111为在与旋转轴101的轴线方向x交叉的斜向上延长的形状的斜齿轮的情况下，可以将磁传感器11、12配置于在与旋转轴101的轴线方向x平行的直线上连续的位置处。在该情况下，也能够取得与上述实施方式同样的作用效果。

并且，作为上述实施方式的第三其他方式，由于齿轮100的齿面形状以包括均等形状的啮合齿111的外表面且在圆周方向上连续的方式而形成，因此，磁传感器11、12所输出的传感器信号也成为将包括该啮合齿111在内的齿面形状中的一个周期设为一个循环的相位波形。因此，如图17所示，磁传感器11、12可以相对于啮合齿111而偏置配置在例如从该啮合齿111于圆周方向上错开了一个齿以上的移位位置处。即，作为自然数n，磁传感器11、12也可以配置在于齿轮100的圆周方向上相对性地以{(n－1)+(1/6)}齿距的量而错开了的移位位置处。换言之，磁传感器11、12可以配置在以传感器信号的相位波形中{2π(n－1)+(π/3)}相位的量而错开了的移位位置处。在该情况下，也能够取得同样的作用效果。

此外，虽然在上述实施方式中，对以能够消除传感器信号中所含的三次的高次谐波成分的方式对磁传感器11、12进行布局的一个示例进行了说明，但并不局限于此。例如，也可以在能够从传感器信号消除其他次数的高次谐波成分的位置处也增设磁传感器等，从而使用多个磁传感器。

并且，虽然在上述实施方式中，以作为非接触传感器而采用磁传感器11、12的情况为一个示例而进行了说明，但并不局限于此。例如，通过代替磁传感器而设置能够对齿轮的齿面形状进行检测的光传感器，并且对光传感器的传感器信号进行合成，也能够取得同样的作用效果。另外，由于在搭载于实际设备上的情况下存在设置空间及污染等问题，因此如上述实施方式那样使用磁传感器是较为有利的。

虽然公开了本发明的实施方式，但是显然能够由本领域技术人员在不脱离本发明的范围的条件下进行变更。本发明意图将全部的这种修改以及等效物均包含在以上的权利要求中。